钢结构防腐设计

张运田中国建筑标准设计研究院钢结构防腐设计钢是由铁炼成的，而铁则是在高炉中用焦碳中的碳对赤铁矿（Fe2O3）还原而得到的其反应在极高温度下发生，在此过程需要大量的热量生成的最终产物铁和最后钢是不稳定的，其结果，当钢暴露于潮湿及有氧气的环境中，铁将趋向于回复原来的状态。OHOFeOHOFe222221铁锈是铁氧化物的水合物，其成份类似于赤铁矿。钢在不同的环境中腐蚀速率不同。据有关资料介绍在工业发达的国家中，腐蚀造成的直接经济损失占国民经济总产值的1%--4%，在中国由于金属腐蚀造成的经济损失每年高达300多亿元以上。因此，必须采用各种有效措施保护钢结构不受外界环境介质影响的能力。钢结构防腐蚀控制一般包含钢结构构件的构造设计和钢构件表面处理设计、涂层设计以及镀层设计等。（一）钢结构设计时要考虑防腐要求有一句名言“腐蚀控制从画图板开始”这是很正确的，一般设计人员比较少考虑通过周密设计来避免或减少腐蚀的可能性。(A)(B)（C）如构件截面设计过去常采用图一的型式，不论是角钢背对背组合还是槽钢背对背，开口对开口组合这些截面形式存在间隙过于狭窄，不能保证合理的清理和涂装其结果必然导致锈蚀，宜改变截面设计来解决，图一（a）宜改为选用T型钢截面，图一（b）宜改为选用高频焊接H型钢；图一（C）宜改为选用方形钢管，这些截面均有国家标准，我国已有大量材料供应，价格也比较合理。防腐比较好处理。图二钢板与钢板搭接其间隙也很小如图二所示不可能对其进行清理和涂装，由于湿气和空气会通过毛细作用进入其中，使其发生锈蚀对于这种情况应尽可能避免缝隙的存在或将其封闭，可考虑采用焊接办法将缝隙处用焊接填满，使其缝隙封闭不能进湿气和空气可达到防腐的目的。结构构件的几何形状对防腐有不少影响，平滑的简单的表面最易于清理和涂装因而最有利于防止腐蚀，设计上的问题出在凸沿处，平面的变化，尖角和边部以及缺乏明显界限的部位，而这些问题在复杂的结构构件的制作和安装中又是不可避免的，但可采取措施将其影响降低到最低限度，如有可能尽量采用管形截面，既要有利于防腐处理又是高效截面型式。结构连接设计采用焊接时，焊接飞溅是焊接过程中在焊缝附近产生的黏结在钢制品上的小球状物体，这会为涂层的点蚀提供条件，应给予去除。采用不连续焊接或跳焊，对节省焊缝工作量有好处，但对防腐蚀不利。应予以避免。螺栓连接由于螺母和螺杆有许多尖角部位，对其施加涂装也容易损坏，容易出现锈蚀，紧固件出现生锈是常见的事，因此对紧固件宜采用镀层防腐，不宜采用涂层防腐。螺栓球节点网架由于下弦杆受拉引起下弦杆与螺栓球间产生缝隙，宜将其用不干胶封死，以防进入湿气产生腐蚀。从防腐角度来考虑钢材的选用，在重要的结构，所处环境湿度比较大的钢结构及靠近海边的钢结构，可考虑选用耐大气腐蚀用钢，其钢材是在冶炼过程中，加入少量特定的合金元素，使在钢材基体表面上形成保护层，以提高钢材耐大气腐蚀性能，我国已编制“焊接结构用耐侯钢”GB/T4172，钢板厚度可达100mm。目前已在实际工程应用，效果良好。对于特别重要部位的构件或建筑物特别高很难维护的结构件可考虑采用不锈钢，如紧固件是防腐系统最薄弱的部分，普通螺栓可采用镀锌而高强螺栓一般采用发黑处理，而对于经常折卸的紧固件宜采用合金紧固件。（二）涂层防腐设计涂层防腐设计的目的是防止钢结构锈蚀延长钢结构的使用寿命。涂层防腐设计包括钢构件表面处理及除锈等级设计、涂料品种的选用涂层结构和涂层厚度的设计等1.钢构件表面处理和除锈等级有经验的油漆工常说：“钢构件除锈不彻底相当于房子建在沙滩上，再好的油漆也没有用”钢表面除锈不能见到银白色，含有锈点很容易起锈钯。据国外资料介绍，防腐涂装各因素对涂层质量的影响如表1表1影响质量的因素影响的程度（%）表面处理（除锈质量）49.5涂层厚度（涂装道数）19.1涂料品种4.9其他（施工与管理等）26.5由上表可以看出钢构件表面除锈处理占涂层防腐效果约占50%是极其重要的一道环节，设计时应严格要求。按我国有关规范规定，钢构件表面除锈质量等级常用有：Sa2、Sa21/2、Sa3、St2、St3目前我国钢结构加工企业采用的喷射或抛射除锈的设备多在房间是进行，环境污染少，工人操作简单卫生条件也好国内正规钢结构加工企业一般均有此类设备。故一般承重结构钢构件表面除锈宜采用喷射或抛射除锈。据国外资料介绍，按消耗工时计算，若按Sa2级为100%。Sa21/2级则为130%Sa3级则为200%。因此，确定除锈等级既要考虑防腐效果也应考虑经济合理，根据当前实际情况建设一般工程可采用Sa2级除锈，因为该质量等级绝大部分的涂料用上去是好的和比较好的。对于重要工程的钢结构构件建议采用Sa21/2级比较合适。Sa3级加工成本太高，加工条件要求也高，一般用不起。各种底漆喷射或抛射除锈手工除锈Sa3Sa21/2Sa2St3St2酚醛漆11123醇酸漆11123磷化底漆11124聚氨酯漆11234氯化橡胶漆11234聚氯乙烯漆11234环氧树脂漆11123有机富锌漆11234无机富锌漆11244注：1---好；2---较好；3---可用；4----不可用常用底漆与相适应的除锈等级见表22、防腐涂料的选用：（1）防腐涂料的分类按我国最近出版的“建筑钢结构用的防腐涂料”产品标准规定，防腐涂料分为两类：即I型防腐涂料（普通型）和Ⅱ型防腐涂料（长效型）。并提出面漆产品性能要求和底漆产品性能要求。I型和Ⅱ型的面漆及底漆的技术指标除相同部分外；其不同技术指标列于表3中。表3种类项目技术指标I型Ⅱ型面漆耐酸性（5%H2SO1）96h无异常168h无异常耐盐水性(3%NaC1)120h无异常240h无异常耐盐雾性500h不起泡、不脱落1000h不起泡、不脱落耐人工老化性（白色或浅色）500h不起泡、不剥落、无裂纹粉化≤1级；变色≤2级1000h不起泡、不剥落、无裂纹粉化≤1级；变色≤2级底漆耐盐雾性200h不剥落、不出现红锈1000h不剥落、不出现红锈工程设计时可根据该工程所处的腐蚀介质情况对涂料的底漆和面漆提出性能要求，（2）防腐涂料的品种底漆和面漆的品种很多，目前建筑钢结构常用的涂料有环氧树脂涂料，聚氨脂类涂料，聚氯乙烯涂料和富锌类涂料等。A.环氧树脂类涂料，对碱金属，具有一定的抵抗力，黏结剂常用作底漆和中间漆以保护钢构件，与其他树脂质油性涂料相比，具有优良的耐化学性能。漆膜耐水、耐潮、耐酸等。B.聚氨脂类涂料：涂层具有很好耐腐蚀性能，漆膜光亮硬度高具很好的耐候性，一般涂于钢构件表面的面漆。C.聚氯乙烯涂料：具有耐酸、耐碱、耐盐、耐水和耐候性能与氯化橡胶涂料比具有更好的光泽度，可以作底漆和面漆，也可以用来覆盖热镀锌层钢表面。D.富锌涂料：分为有机富锌和无机富锌两种，主要用作底漆。涂料中色含80%--90%的锌在低电阻电解质中可用作阴极保护措施，有机富锌在用于钢结构时常用环氧富锌，因价格比较便宜，防腐效果没有无机富锌好。无机富锌是目前国内最好涂料也是最贵的涂料，采用喷涂方式涂装厚度可以达到75的厚漆膜。但该涂料对表面处理要求非常严格，一般在重要工程中采用这种涂料。mE.近年由国外引进的新涂料锌加，锌加是用微米技术制作的，锌粉纯度99.6%颗粒为3-5，其干膜内含96%以上锌粉，可刷、可喷，可浸是替代传统的热浸镀锌（铝）的良好材料。它对钢结构表面具有双重保护，不仅具有优良的阴极保护作用，还具有一定的屏障保护作用，锌加与环氧云铁中间层漆等有较好的配套性能，面漆采用聚氨酸面漆或氟碳漆或防水涂料有较好附着力，其总防腐年限可以作到30年至50年，但价格比较高，较适合外露钢结构及海边或较潮湿的环境。m杜塞尔多夫候机厅防腐年限30年方案m2m元涂料名称道数推荐膜厚（）每平米单价（）锌加14035.12环氧云铁中间漆1503.72氟碳面漆27024.3合计416063.14防腐年限50年方案m2m元涂料名称道数推荐膜厚（）每平米单价（）锌加26052.68环氧云铁中间漆1503.72氟碳面漆27024.3合计518080.73.涂层结构与厚度（1）涂层结构防腐涂层结构通常采用复合涂层来达到防腐目的，一般涂层结构由底漆，中间漆和面漆构成。底漆：是直接涂刷在钢构件表面涂层，底漆是整个涂层系统的基础，它必须具有防锈功能，同时必须能够润湿表面且有与钢结构良好的附着性能。中间漆：其功能与底漆不同。中间漆中颜料没有活性，这种漆可以用来构成整个涂层系统的厚度。面漆：用来保护涂层系统免受环境因素（如太阳光中紫外线）的影响，并提供耐磨损性能，也有装饰性能，它能提供具有很高光洁度的外观。(2)涂层厚度按“钢结构设计规范”强制性条文规定“室内钢结构涂层干漆膜总厚度为125±25；室外钢结构涂层干漆膜厚度为150，±25。”mmmm（3）涂层具体设计一般钢结构的防腐涂层作法是两道底漆一道中间漆两道面漆，如果涂层需要比较厚一般是增加中间漆厚度。残奥会场馆网架防腐方案环氧富锌2道约环氧云铁中间漆1道聚氨脂面漆2道底漆一般是在工厂出厂前涂刷一道，待安装完成后再刷一道及其他涂层的漆，由于漆的品种不一样和稠度可能不一样，一般底漆厚度约在50---75。mm一般要求的钢结构涂层可采用普通底漆面漆，可以是醇酸树脂添作料面漆或聚氨脂树脂添作面漆。若要求钢结构涂层耐30年左右的系统，可考虑采用无机富锌底漆，环氧树脂涂料中间漆加上氟碳树脂涂料面漆。国家体育网架方案计划防腐30年无机富锌2道约70环氧云铁中间漆1道约40氟碳面漆2道约70mmm（三）防腐镀层设计1.热浸镀锌一般有色金属比碳钢的耐蚀性好，采用锌保护钢制产品在我国已有很长历史，热浸镀锌是一种行之有效的方法，也是一般既简单又耐蚀的方法，电镀的镀层太薄，一般只能用于较小零件。热浸镀锌首先将钢构件表面污染清除后放入酸性的槽中，进行酸先，然后放入盛有锌液的槽中，在经加热到一定温度的槽中浸泡一定时问，即可得到所需要的镀锌量。热浸镀锌厚度通常是用镀锌重量标示如“g/m2”,我国还没有统一的镀锌等级分类的规范，只有宝钢企业标准定为：90、180、275、350、450、600、700g/m2等七级。武钢企业标准有：100、200、270、350、450、600g/m2共6级，日本标准规定，从75开始至975g/m2共12级压型钢板双面镀锌量（厚度）有150、180、200和275g/m2等。室内钢构件若单面镀锌一般可控制在180g/m2左右，若两面镀锌其镀锌量可控制在275g/m2左右。如有特殊需要可在需双方合同中商定。2.热镀铝锌热镀铝锌是一种含55%铝，43.5%锌和1.5%硅的合金热镀层钢板产品，过去依靠进口，2005年我国进口了6条生产线，可大量供应。热镀铝锌不仅具有防腐性能，还具有阴极保护的独特性能，因此其耐腐蚀性能具有热浸镀锌的2—6倍，是一种很好的防腐方法